專利名稱：耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于疏浚工程設(shè)備，涉及一種耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
在耙吸挖泥船的工作系統(tǒng)中，耙頭與疏浚效率有著最直接的聯(lián)系，普通耙吸 挖泥船的一般無法調(diào)整耙頭耙齒與海底面的夾角，因而無法人為調(diào)整耙頭的破土能 力，極大地影響了疏浚效率。新型耙吸挖泥船舶更多采用了可以控制的主動耙頭， 以提高疏浚效率。主動耙頭安裝在耙管的前端，本體與耙頭護罩的角度可以通過兩 個液壓油缸進行調(diào)節(jié)。通過控制液壓油缸的行程，來調(diào)節(jié)主動耙頭耙齒和海底面的 夾角，從而獲得最佳的破土效果。但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的主動耙頭一般要通過人為控制耙 頭的動作，控制精度低、可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)Π椅谀啻闹鲃影翌^進行 自動控制、運行可靠、效率高的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)及控制方法。
本發(fā)明的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)包括有一個主動耙頭，主動耙頭上安 裝有可調(diào)節(jié)主動耙頭與耙頭護罩之間角度的耙頭油缸，其特征是所述耙頭油缸上 裝有可檢測油缸行程的油缸行程傳感器和可檢測耙頭油缸壓力的油缸壓力傳感器， 在連接主動耙頭的耙管上安裝有可檢測耙管垂直角度的耙管角度傳感器；所述油缸 行程傳感器、油缸壓力傳感器和耙管角度傳感器經(jīng)過信號電纜與一個主動耙頭控制 器的檢測信號輸入端連接；主動耙頭控制器通過油缸執(zhí)行單元控制耙頭油缸的伸縮；所述主動耙頭控制器的控制信號輸入端與位于疏?？刂婆_的指令單元連接；所 述主動耙頭控制器的控制信號輸入端還與一個位于現(xiàn)場耙頭擱架側(cè)的現(xiàn)場操作箱 連接。
所述主動耙頭控制器為一個可編程控制器。
本發(fā)明的基于上述耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙頭現(xiàn)場控 制方法是由現(xiàn)場操作箱向主動耙頭控制器發(fā)出"耙頭油缸放出"命令或"耙頭 油缸收進"命令，分別控制耙頭油缸的推出和收進。
木發(fā)明的基亍上述耙吸挖泥船生動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙頭遙控 手動控制方法是通過指令單元向主動耙頭控制器發(fā)出"耙頭油缸放出"命令或 "耙頭油缸收進"命令，分別控制耙頭油缸的推出和收進。
本發(fā)明的基于上述耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙頭半自 動控制方法是主動耙頭在耙頭對地角度設(shè)定值Cl下進行作業(yè)，由主動耙頭控制 器不斷檢測油缸行程，以獲得耙頭對地角度實際值；當(dāng)耙頭阻力增大，耙頭油缸壓 力超過一個設(shè)定值P2時，由主動耙頭控制器發(fā)出指令自動收回油缸而將耙頭護罩 抬起，使耙頭對地角度發(fā)生變化；當(dāng)耙頭對地角度變化超越設(shè)定的允許范圍時停止 收回油缸，然后每隔-定的時間間隔T2，由主動耙頭控制器控制油缸以設(shè)定的壓力 Pl推出，每次油缸動作持續(xù)--定的時間Tl，直至耙頭護罩角度回到耙頭對地角度 設(shè)定值a 。
* 本發(fā)明的基于上述耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙頭自動 控制方法是在主動耙頭作業(yè)過程中，由主動耙頭控制器不斷檢測耙頭油缸壓力； 當(dāng)耙頭油缸壓力大于耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3且超越了設(shè)定的允許范圍4>時， 由主動耙頭控制器發(fā)出指令自動收回油缸而將耙頭護罩抬起，直至耙頭油缸壓力回到耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3;當(dāng)耙頭油缸壓力小于耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3
且超越了設(shè)定的允許范圍小時，每隔 一定的時間間隔T2，主動耙頭控制器控制油 缸以壓力P].推出，每次油缸動作持續(xù)一定的時間Tl.，直至耙頭油缸壓力回到耙頭 自動控制壓力設(shè)定值P3。
本發(fā)明能夠通過各傳感器的檢測信號，確定耙頭各部分的位置狀態(tài)，再通過 主動耙頭控制器的計算獲得耙頭的實際工作狀態(tài)信息，進而自動對主動耙頭的姿態(tài) 進行調(diào)整，其自動化程度高、操作方便可靠、控制精度高，可提高疏浚施工的效率。


圖l是本發(fā)明的原理圖2是本發(fā)明實施例的主動耙頭控制器的信號輸入輸出示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括有耙頭油缸l、主動耙頭控制器2，油缸行程 傳感器3、耙頭油缸壓力傳感器4、耙管角度傳感器5、油缸執(zhí)行單元6、指令單元 7和現(xiàn)場操作箱8。其中
主動耙頭控制器是一套可編程控制器；
耙頭油缸行程傳感器安裝于耙頭油缸內(nèi)部，用于測量耙頭油缸的行程； 耙頭油缸壓力傳感器安裝于耙頭油缸內(nèi)部，用于測量耙頭油缸的壓力； 耙管角度傳感器安裝于耙管上，用于測量耙管垂直角度；
現(xiàn)場操作箱位于現(xiàn)場耙頭擱架側(cè)，可以向主動耙頭控制器發(fā)出油缸收進指令 和油缸放出指令；
指令單元位于疏?？刂婆_，可以向主動耙頭控制器發(fā)出手動控制指令、半 自動控制指令、自動控制指令、油缸收進指令和油缸放出指令。
6如圖2所示，本發(fā)明實施例中主動耙頭控制器的輸入輸出信號可分為4類 數(shù)據(jù)采集信號、參數(shù)設(shè)定信號、指令輸入信號、指令輸出信號。 數(shù)據(jù)采集信號包括
耙頭油缸壓力，通過安裝在耙頭油缸里的耙頭油缸壓力傳感器采集； 耙頭油缸行程，通過安裝在耙頭油缸里的耙頭油缸行程傳感器采集； 耙管角度，通過安裝于耙管的耙管角度傳感器采集。 參數(shù)設(shè)定信號包括
耙頭油缸壓力高設(shè)定值設(shè)定手動控制模式下耙頭油缸壓力的高位值； 耙頭油缸壓力高高設(shè)定值設(shè)定手動控制模式下耙頭油缸壓力的超高位值； 耙頭對地角度設(shè)定值設(shè)定半自動控制模式下耙頭相對對地角度的控制值； 耙頭油缸動作持續(xù)時間設(shè)定值設(shè)定自動、半自動控制模式下每次油缸推出 動作的持續(xù)時間；
耙頭油缸動作間隔時間設(shè)定值設(shè)定自動、半自動控制模式下每次油缸推出 動作的時間間隔；
耙頭油缸自動進給壓力設(shè)定值設(shè)定自動、半自動控制模式下耙頭油缸放出 時的推出壓力值；
耙頭自動控制壓力設(shè)定值設(shè)定自動控制模式下壓力的控制值；
耙頭自動控制壓力死區(qū)設(shè)定值設(shè)定自動控制模式下耙頭油缸壓力值相對自 動控制壓力值所允許變化的范圍；
角度死區(qū)設(shè)定值設(shè)定半自動控制模式下實際的耙頭對地角度相對耙頭對地 角度設(shè)定值所允許變化的范圍。
指令輸入信號包括-亮;
耙頭油缸放出指令(現(xiàn)場)由現(xiàn)場操作箱發(fā)出； 耙頭油缸收進指令(現(xiàn)場)由現(xiàn)場操作箱發(fā)出； 耙頭油缸放出指令(遙控)由指令單元發(fā)出； 耙頭油缸收進指令(遙控)由指令單元發(fā)出； 半自動控制有效指令由指令單元發(fā)出； 半自動控制取消指令由指令單元發(fā)出；
自動控制有效指令由指令單元發(fā)出；
自動控制取消指令由指令單元發(fā)出； 報警復(fù)位指令由指令單元發(fā)出。 指令輸出信號包括-
耙頭油缸放出命令當(dāng)此指令輸出時，耙頭油缸將放出； 耙頭油缸收進命令當(dāng)此指令輸出時，耙頭油缸將收進；
耙頭護罩出限位當(dāng)此指令輸出時，指令單元中的"放出"按鈕指示燈將常 耙頭護罩收限位當(dāng)此指令輸出時，指令單元中的"收進"按鈕指示燈將常
亮；
主動耙頭油缸壓力高當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高設(shè)定值時， 主動耙頭控制器將輸出該信號；
主動耙頭油缸壓力高高當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高高設(shè)定值 時，主動耙頭控制器將輸出該信號。
本發(fā)明實施例的工作過程包括現(xiàn)場控制、遙控手動控制、遙控半自動控制、 遙控自動控制、報警幾種模式，其中1、現(xiàn)場控制模式是通過現(xiàn)場控制箱向主動耙頭控制器發(fā)出"耙頭油缸放出"命 令、"耙頭油缸收進"命令，控制耙頭油缸的收進和推出。
2、遙控手動控制是通過指令單元向主動耙頭控制器發(fā)出"耙頭油缸放出"命 令、"耙頭油缸收進"命令，控制耙頭油缸的收進和推出。
當(dāng)主動耙頭控制器接收到"耙頭油缸放出"命令時，耙頭油缸行程將放出。 當(dāng)主動耙頭油缸到達行程95%以上時，主動耙頭控制器認(rèn)為耙頭護罩到達出限位， 主動耙頭控制器輸出"耙頭護罩出限位"指令，指令單元中的"放出"按鈕指示燈 將常亮。
當(dāng)主動耙頭控制器接收到"耙頭油缸收進"命令時，耙頭油缸行程將收進。 當(dāng)主動耙頭油缸到達行程5%以下時，主動耙頭控制器認(rèn)為耙頭護罩到達收限位，主 動耙頭控制器輸出"耙頭護罩收限位"指令，指令單元中的"收進"按鈕指示燈將 常亮。
在遙控手動控制執(zhí)行過程中，當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高設(shè)定 值，主動耙頭控制器將輸出"主動耙頭油缸壓力髙"報警。此時，操作人員需要抬 起耙頭護罩，以減小耙頭護罩對地阻力，既減小耙頭護罩油缸壓力，使壓力上升至 正常值。
當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高高設(shè)定值而動作，主動耙頭控制器 將輸出"主動耙頭油缸壓力高高"報警。此時，主動耙頭控制器將同時輸出"耙 頭護罩出限位"和"耙頭護罩收限位"指令，指令單元中的"放出"、"收進"按 鈕指示燈將閃爍，指令單元發(fā)出的"耙頭油缸放出"指令和"耙頭油缸收進"指 令將被鎖定處于失效狀態(tài)。當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，報警消失，通過指令單元發(fā)出"報 警復(fù)位指令"指令可對狀態(tài)進行復(fù)位，指令單元中的"放出"、"收進"按鈕指示燈將停止閃爍，指令單元發(fā)出的"耙頭油缸放出"指令和"耙頭油缸收進"指令 將解除鎖定，可再次進行遙控手動控制。
3、遙控半自動控制是通過指令單元，向主動耙頭控制器發(fā)出"半自動控制有 效"指令與"半自動控制取消"指令來實現(xiàn)的。
在遙控半自動控制過程中，主動耙頭控制器將控制耙頭護罩始終與海底始終 保持在"耙頭對地角度設(shè)定值"。在特定的設(shè)備規(guī)格尺寸的條件下，耙頭對地角 度由油缸行程和耙管角度值計算獲得。
Tl:耙頭油缸動作持續(xù)時間設(shè)定值
T2:耙頭油缸動作間隔時間設(shè)定值
Pl:耙頭油缸自動進給壓力設(shè)定值
P2:耙頭油缸壓力高設(shè)定值
a :耙頭對地角度設(shè)定值
e:角度死區(qū)設(shè)定值
作業(yè)過程中，主動耙頭控制器不斷檢測油缸行程，當(dāng)耙頭阻力增大，耙頭護 罩油缸壓力超過耙頭油缸壓力高設(shè)定值P2時，主動耙頭控制器將自動收回油缸而 將耙頭護罩抬起。當(dāng)角度變化超越了角度死區(qū)e ，在設(shè)定的時間間隔T2，主動耙 頭控制器控制油缸以壓力P1推出，每次油缸動作持續(xù)時間為T1，直至耙頭護罩角 度回到耙頭對地角度設(shè)定值a 。
在遙控半自動模式下，主動耙頭控制器將控制耙頭護罩在整個操作過程中， 使耙頭護罩保持固定的角度，壓力僅起到保護作用。
當(dāng)主動耙頭控制器接收到指令單元發(fā)出的"耙頭油缸放出"或"耙頭油缸收 進"指令時，遙控半自動控制無條件退出。
104、 遙控自動控制是通過指令單元，向主動耙頭控制器發(fā)出"自動控制有效" 指令與"自動控制取消"指令來實現(xiàn)的。
在遙控自動控制過程中，主動耙頭控制器通過控制耙頭護罩的放出與收進， 使耙頭油缸壓力保持在"耙頭自動控制壓力設(shè)定值"。 Tl:耙頭油缸動作持續(xù)時間設(shè)定值 T2:耙頭油缸動作間隔時間設(shè)定值 Pl:耙頭油缸自動進給壓力設(shè)定值 P2:耙頭油缸壓力高設(shè)定值 P3:耙頭自動控制壓力設(shè)定值 4 :耙頭自動控制壓力死區(qū)設(shè)定值
主動耙頭控制器不斷檢測耙頭油缸壓力，當(dāng)耙頭油缸壓力大于耙頭自動控制 壓力設(shè)定值P3且超越了耙頭自動控制壓力死區(qū)4>時，主動耙頭控制器將自動收回 油缸而將耙頭護罩抬起，直至耙頭油缸壓力回到耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3。當(dāng)耙
頭油缸壓力小于耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3且超越了耙頭自動控制壓力死區(qū)4) 時，在設(shè)定的時間間隔T2，主動耙頭控制器控制油缸以壓力P1推出，每次油缸動 作持續(xù)時間為T1，直至耙頭油缸壓力回到耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3。
在遙控自動模式下，主動耙頭控制器將控制耙頭護罩在整個操作過程中，油 缸的壓力保護作用始終是放在第一位的。
當(dāng)主動耙頭控制器接收到指令單元發(fā)出的"耙頭油缸放出"或"耙頭油缸收 進"指令時，遙控自動控制無條件退出。
5、 當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高設(shè)定值，主動耙頭控制器發(fā)出"主 動耙頭油缸壓力髙"報警；當(dāng)主動耙頭油缸壓力超過耙頭油缸壓力高高設(shè)定值而動作，主動耙頭控制器發(fā)出"主動耙頭油缸壓力高高"報警'
權(quán)利要求
1、一種耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)，包括有一個主動耙頭，主動耙頭上安裝有可調(diào)節(jié)主動耙頭與耙頭護罩之間角度的耙頭油缸(1)，其特征是所述耙頭油缸上裝有可檢測油缸行程的油缸行程傳感器(3)和可檢測耙頭油缸壓力的油缸壓力傳感器(4)，在連接主動耙頭的耙管上安裝有可檢測耙管垂直角度的耙管角度傳感器(5)；所述油缸行程傳感器(3)、油缸壓力傳感器(4)和耙管角度傳感器(5)經(jīng)過信號電纜與一個主動耙頭控制器(2)的檢測信號輸入端連接；主動耙頭控制器(2)通過油缸執(zhí)行單元(6)控制耙頭油缸的伸縮；所述主動耙頭控制器(2)的控制信號輸入端與位于疏?？刂婆_的指令單元(7)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)，其特征是所述主 動耙頭控制器(2)的控制信號輸入端還與一個位于現(xiàn)場耙頭擱架側(cè)的現(xiàn)場操作箱(8)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)，其特征是所述主動耙頭控制器為一個可編程控制器。
4、 --種基于權(quán)利要求2的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙 頭現(xiàn)場控制方法，其特征是由現(xiàn)場操作箱(8)向主動耙頭控制器(2)發(fā)出"耙頭油缸放出"命令或"耙頭油缸收進"命令，再由主動耙頭控制器經(jīng)過油缸執(zhí)行單元(6)分別控制耙頭油缸的推出和收進。
5、 一種基于權(quán)利要求1或2的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主 動耙頭遙控手動控制方法，其特征是通過指令單(7)元向主動耙頭控制器(2) 發(fā)出"耙頭油缸放出"命令或"耙頭油缸收進"命令，再由主動耙頭控制器經(jīng)過 油缸執(zhí)行單元(6)分別控制耙頭油缸的推出和收進。
6、 -種基于權(quán)利要求1或2的耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主動耙頭半自動控制方法，其特征是主動耙頭在耙頭對地角度設(shè)定值a下進行作 業(yè)，由主動耙頭控制器不斷檢測油缸行程，以獲得耙頭對地角度實際值；當(dāng)耙頭阻 力增大，耙頭油缸壓力超過一個設(shè)定值P2時，由主動耙頭控制器發(fā)出指令自動收 回油缸而將耙頭護罩抬起，使耙頭對地角度發(fā)牛變化；當(dāng)耙頭對地角度變化超越設(shè) 定的允許范圍時停止收回油缸，然后每隔一定的時間間隔T2，由主動耙頭控制器控 制油缸以設(shè)定的壓力P1推出，每次油缸動作持續(xù)--定的時間Tl,直至耙頭護罩角 度回到耙頭對地角度設(shè)定值a 。
7、 一種基亍權(quán)利要求1或2的耙吸挖泥船生動耙頭控制系統(tǒng)的耙吸挖泥船主 動耙頭自動控制方法，其特征是在主動耙頭作業(yè)過程中，由主動耙頭控制器不斷 檢測耙頭油缸壓力；當(dāng)耙頭油缸壓力大于耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3且超越了設(shè) 定的允許范圍小時，由主動耙頭控制器發(fā)出指令自動收回油缸而將耙頭護罩抬起， 直至耙頭油缸壓力回到耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3;當(dāng)耙頭油缸壓力小于耙頭自動 控制壓力設(shè)定值P3且超越了設(shè)定的允許范圍*時，每隔一定的時間間隔T2，主動 耙頭控制器控制油缸以壓力P1推出，每次油缸動作持續(xù)一定的時間T1，直至耙頭 油缸壓力回到耙頭自動控制壓力設(shè)定值P3。
全文摘要
本發(fā)明屬于疏浚工程設(shè)備，涉及一種耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)及控制方法。該系統(tǒng)的耙頭油缸上裝有可檢測油缸行程的油缸行程傳感器和可檢測耙頭油缸壓力的油缸壓力傳感器，在耙管上安裝有可檢測耙管垂直角度的耙管角度傳感器；所述油缸行程傳感器、油缸壓力傳感器和耙管角度傳感器經(jīng)過信號電纜與一個主動耙頭控制器的檢測信號輸入端連接；主動耙頭控制器通過油缸執(zhí)行單元連接控制耙頭油缸的伸縮；所述主動耙頭控制器的控制信號輸入端與位于疏?？刂婆_的指令單元連接。本發(fā)明能夠自動對主動耙頭的姿態(tài)進行調(diào)整，其自動化程度高、操作方便可靠、控制精度高，可提高疏浚施工的效率。
文檔編號E02F3/88GK101463613SQ20091002804
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者巍 嚴(yán), 張洪濤, 榮 朱, 虞瓊?cè)A, 許亦清, 諸葛瑋, 陳松濤 申請人:鎮(zhèn)江市億華系統(tǒng)集成有限公司;中交上海航道局有限公司;中港疏浚股份有限公司